【报告】2022年家庭储能行业研究报告

  家庭储能通常与户用光伏配合使用，装机量迎来快速地增长。家庭储能系统，又称电池储能系统，其核心是可充电的储能蓄电池，通常以锂离子或铅酸电池为基础，由计算机控制，在其他智能硬 件及软件的协调下实现充电和放电循环。家庭储能系统通常可与分布式光伏发电相结合形成家庭光储系统。从用户侧来看，家庭光储系统在降低电费的同时，可以消除停电对正常生活的不良影响；从电网侧来看，支持统一调度的家庭储能设备能缓解高峰时段的用电紧张并为电网提供频率修正。

  根据光伏和储能系统的耦合方式的不同，分为直流耦合系统和交流耦合系统，分别适合与新装光伏系统的增量市场和已装光伏系统的存量市场。增量市场空间更大，是未来市场增长的主要动力：

  （1） 增量市场（目标家庭新安装光伏+储能系统）：通常用直流耦合产品。直流耦合的储能系统包含电池系统和混合逆变器，混合逆变器兼具了光伏并网逆变器和储能变流器的功能。直流耦合的优点是，光伏和储能电池都通过混合逆变器完成变流，不需要额外安装光伏并网逆变器，系统集成度更高，安装和售后服务都更方便，同时便于智能监测和控制。有部分已经安装好光伏系统的家庭选择拆除原有的光伏并网逆变器，新安装混合逆变器。

  （2） 存量市场（目标家庭已安装光伏，新增储能系统），通常用交流耦合产品。只需加装蓄电池和储能变流器，不影响原来的光伏系统，而且储能系统的设计原则上和光伏系统没必然的联系，能够准确的通过需求来定。交流耦合的优点是高安全：交流耦合方式下，能量汇集于交流端，既可以直接提供给负载使用或者送入电网，也能够最终靠双向变流器直接向蓄电池充电，能选用低压 PV 和低压电池，消除储能系统中的直流高压风险。

  根据系统是否并入电网，家庭储能系统可大致分为并网系统和离网系统，核心差异在于是否接入电网，目前多数区域使用的是并离网一体机系统。（1）并网系统，光伏和储能系统可以接入电网，在光伏或电池的电量不充足时可以从电网购电。适合电力系统稳定、电价相比来说较低的区域。（2） 离网系统，适合于没有电网的沙漠、海岛等地区或者电网不稳定需要自发自用的区域。使用离网储能变流器，通常具备柴油发电机接口，在夜间电池供电不足时补充电力。（3）并离网一体机，具有并离网切换功能或者将并网、离网模式整合在一台机器中，可以在停电时完成切换进入离网模式，适合电力系统不稳定、经常停电的地区。

  家庭储能系统的核心硬件设备包括电池和变流器，依照产品的集成程度，主要有一体机和分体机两种模式，当前市场分体机为主，但一体机是高端市场的发展的新趋势：（1）分体机，部分交流耦合产品和直流耦合产品采用分体机模式，电池系统和逆变器系统分别由 pack 厂商和逆变器厂商提供，然后经过集成商、经销商、安装商渠道到达终端用户。（2）一体机，产品为包含电池和逆变器的一体机系统，通常是交流耦合产品。上游电池系统和逆变器作为供应商提供产品，一般会用贴牌模式，最终产品中不呈现供应商的品牌，产品的销售、售后全部由品牌商承担。

  根据电池包的电压高低，可大致分为高压电池和低压电池，行业呈现向高压电池转换的趋势，最大的目的是提高效率、简化系统模块设计，但同时对电芯一致性和 BMS 管理能力有一定的要求更高。高压电池通 常电池包电压在 48V 以上，能够最终靠多个电芯串联实现电池包层面的高压。效率方面，使用相同容量的电池，高压储能系统的电池电流较小，对系统的干扰较小，高压储能系统的效率更加高；系 统设计方面，高压混合逆变器的电路拓扑结构更简单，尺寸更小，重量更轻，更可靠。但是高压电池是多个电芯串并联而成，电压越高，串联的电池越多，对电芯的一致性要求越高，同时需要 配合高效的 BMS 管理系统，否则有可能会出现故障。

  产业链上的企业有三类：1）集成商，只做品牌，设备全部外采。通常外购电芯和逆变器，集成产品，以自有品牌出售，具有完善的销售经营渠道和较强的品牌力, 例如特斯拉、Sonnen 等。2）逆变器厂商，单独销售逆变器或者外购电芯集成电池/一体机，逆变器厂商得益于在光伏逆变器行业的品牌和渠道积累，能够迅速铺开。储能系统的核心在于逆变器对电池的控制，即逆变器和电池的通信，逆变器厂商对电力电子技术有深入的了解，更有优势。3）电芯厂商，参与模式有两种，一种是为下游品牌商供应电芯，不参与产品集成，没有品牌露出，例如鹏辉能源、宁德时代、亿纬锂能等，电芯厂商的业务领域比较多元，应用场景丰富，一 方面可以受益于家储行业的快速增长，另一方面能够与其他业务产生协同；另一种模式是生产电池系统单独销售或者同时外购逆变器模块完成硬件集成和软件设计，例如比亚迪、派能科技。产业链参与者的商业模式呈现两大趋势：（1）逆变器和电芯厂商向下一体化，进行产品集成，可以强化对销售渠道的把控，提高盈利能力；（2）部分厂商专注于设备供应，可以开拓更多的客户和更广泛的应用场景，以量取胜。

  从电池趋势上看，储能电池往更高容量演进。随着居民用电量的增加，每户带电量逐渐提高，有的产品通过模块化实现系统扩容。因为新能源车的渗透、家用电器功率增大和居家办公的影响， 每户用电量提高，对储能需求的带电量提升。（1）分区域市场看，总体每户带电量逐步上升。以德国市场为例，2021 年平均带电量 8.8kwh， 同期数据 2020 年为 8.5kwh，2019 年为 8kwh。德国市场带电量的提升主要是由于新能源车的发展，家庭用电量提高。（2）模块化电池，方便扩容。单个产品的带电量和功率有限，厂商会设置产品能够通过模块化组合的方式实现灵活性配置，适应不同容量场景的需求。（3）电池从低压走向高压。更高电压的电池系统发热量减少，可以提高系统效率，同时简化电路结构，便于系统安装。随着电芯生产制造技术和电池管理系统控制技术的提高，高压电池系统成为行业趋势。

  从逆变器趋势上看，适合增量市场的混合逆变器和无需接入电网的离网逆变器需求增加。（1） 新增光伏配储动力充足，混合逆变器需求增加。因为目前家庭储能系统以增量市场为主 （新增分布式光伏用户配套储能），故混合逆变器需求增加。存量市场因自身已带光伏并网逆变器，故而增量安装储能系统时，选择储能逆变器，而增量市场一般将光伏逆变器与储能变流器合并成混合逆变器。用户更多地倾向于在新装光伏时就安装储能，主要是海外的户用光伏净计量政策不确定性变强，户用光伏收益不确定性增强，用户有动力配置储能实现自发自用，减少收益不确定性。

  （2） 美国、南非等市场带动离网逆变器需求。美国自然灾害频繁，断电风险较高，而且美国电网相对较脆弱，电网老化，为了稳定电网，部分光伏系统电力公司不允许其接入电网。因此需要装离网，自发自用，取代发电机。美国市场高速增长，针对契合美国市场的离 网储能变流器需求大增。德业将并网和离网模式设计集成在同一台机器中，凭借突出的 成本控制能力，产品在美国市场受到欢迎。

  从终端产品趋势上看，目前以分体式为主，即电池和逆变器系统搭配使用，后续逐步往一体机发展。以前通常由电池厂商提供电池系统，逆变器厂商提供混合逆变器，渠道销售时根据电池和逆 变器的适配性搭配销售。不同品牌的产品为安装、售后带来繁琐。因此，pack 厂商和逆变器厂商 开始相互涉及，当前已经出现部分逆变器厂商（例如阳光电源、华为、固德威等）采购电芯自己组装 pack，将电池和逆变器集成后以销售，一方面可以扩大销路，另一方面可以帮助消费者节约一次性设备投资、简化安装、节约安装费用，同时便于售后维修。派能等电池厂商的一体机产品正在研发当中。一体机终端售价整体较高，但一体机集成度高，减小了安装的难度，节约安装费用。海外市场硬 件成本只占整体成本的不到一半，后续的人工成本包括安装、服务、设计、后续并网申请、补贴申请等，占主要比例。一体机可以节约后续成本，因此在高端市场逐渐受到认可。

  从区域市场趋势看，电网结构和电力市场的不同造成不同区域的主流产品略有差异。欧洲并网模式为主，美国并离网模式较多，澳洲在探索虚拟电厂模式。

  （1）欧洲目前的并网模式较多。欧洲市场光伏普及率高，电网相对稳定，使用并网型系统即可 满足需求。储能系统需要与电网交互，因此产品逆变器要做并网认证，符合当地电网要求。并网 应用时客户可以切换模式，正常发电模式时，白天光伏满足电器需求，再给电池充电，晚上自动切换，以电池端的直流输出，逆变器切到 220V 给家里的负荷供电；阴雨天光伏发电不足时，向 电网发指令，从电网购电，满足家庭负荷同时给电池充电。

  （2）美国市场并离网模式较多。美国电网铺设集中于上世纪，电网设施较为老旧，为电网运输 电力能力和负荷能力埋下隐患，设备老化、技术陈旧问题突出。按照美国能源部统计，70%的输电线路和电力变压器运行年限在 25 年以上，60%的断路器运行年限超过 30 年。根据 IEA 统计，美国用户在重大事件期间平均经历了 3.2 小时的中断，在没有重大事件的情况下平均经历了 1.5 小 时的中断，总计近 5 小时。对于处在恶劣天气频发的地区而言，年平均电力中断可达 10 小时以 上。并离网一体机可以实现快速的并离网模式切换，在停电时由电池作为电源供电，电池电量不够时，只能等第二天把电池充满，所以并离网需要匹配柴油机、光伏或风电的接口。

  （3）澳洲在探索虚拟电厂模式。多户安装了光伏储能系统的家庭可以接受 VPP 协议，接受电网调度。家庭可以卖出多余电量；有电量需求时，通过这个设置购电，再接入电网中。针对住宅太阳能系统、户用和商业储能系统、V2G 的电动汽车等分布式能源，澳大利亚能源市场运营商 （AEMO）制定了新的技术标准，推出虚拟发电厂方案，分布式能源可以在满足用户需求的同时，参与电力市场获得收益。

  2、市场空间：分布式光伏超预期+储能渗透率“双 β”，预计全球 2025 年新增装机 58GWh

  家庭储能通常与户用光伏配合使用，装机量迎来高速增长。2015 年全球家庭储能年新增装机容量 仅为 200MW 左右，2017 年以来全球装机量增长较为明显，每年新增装机增长量都有明显提高， 到 2020 年全球新增装机容量达到 1.2GW，同比增长 30%。欧美是全球最具增长潜力的市场。从出货量来看，根据 IHS Markit 统计，2020 年全球新增家庭储 能出货量 4.44GWh，同比增长 44.2%，其中，欧洲、美国、日本和澳大利亚居于前列，占据了全 球出货量的 3/4。欧洲市场中又以德国市场发展最为迅速，德国出货量超过 1.1GWh，排在世界首 位，美国出货量也超过 1GWh，排名第二，日本 2020 年出货量将近 800MWh，远超其他国家， 位居第三。

  能源对外依赖过高带来能源危机，俄乌战争加剧冲突。欧洲能源结构当中，天然气占比很高，大 约占比 25%左右。根据《BP 世界能源统计年鉴》，欧洲能源消费结构中，化石能源占比高，其 中天然气占比稳定在 25%左右。欧洲天然气对外依赖度高，主要依靠进口。天然气来源中，80% 来自进口的管道和液化天然气，其中进口自俄罗斯的管道气有 130 亿立方英尺/天，占总供给的 29%，能源过度对外依赖严重影响能源安全，政府希望能够减小依赖、维护国家安全。俄罗斯停 止对欧洲天然气供应将威胁欧洲地区能源供给，急需发展清洁能源保障能源供应。

  政策端加速能源转型，上调光伏装机预期。为了保障能源安全，各国纷纷出台政策，加速能源转 型的步伐。德国将 100%可再生能源发电目标从 2050 年提前到 2035 年， “复活节一揽子计划 - Easter Package”，到 2030 年实现 80%的可再生能源发电，太阳能发电达到 600TWh 的目标， 2030 年实现 215GW 光伏装机。欧盟委员会通过 REPowerEU 议案，提高欧盟 2030 年的可再生 能源目标，2030 年可再生能源目标或再次提高到 45%，多项举措扶持分布式光伏：1）欧洲光伏屋顶计划，预计实施后第一年将增加 17twh 的电力（比此前预测高出 17%），到 25 年将产生 42twh 的额外电力；2）到 25 年所有适宜的公共建筑均安装光伏；3）要求所有新建筑物安装光伏 屋顶，且审批流程控制在三个月内。

  从户用光伏渗透率来看，海外主要光伏需求国家装机从分布式开启，如日本、澳洲、美国光伏发展初期新增装机以住宅屋顶为主，同时由于起步较早，欧洲及澳洲国家光伏渗透率远高于中国， 澳大利亚、美国、德国、日本的户用光伏装机容量占总光伏装机的比例分别为 66.5%、25.3%、34.4%、29.5%，发达国家户用装机占比在中国的 10 倍以上。海外分布式光伏占比更高，我们认为原因有二：

  （1）欧洲城市化进程较高，住房以独立或半独立住宅为主，适合发展户用光伏。从 2016 年数据 来看美国共有 1.356 亿套住房，其中 0.95 亿为别墅或者联排别墅，约占 66%；根据《日本住 宅·土地统计调查 2013》，日本独立住宅数 2013 年占比为 54.9%，占据住宅总量的主要份额。从住宅建筑层数来看，5 层及以下比例为 84.9%，在东京圈，2013 年独立住宅数占比也依然高达 40.7%；欧洲平均独立及半独立住宅比例也高达 57.4%，英国独立及半独立住宅比例甚至超过 80%。与此相比，我国的住宅类型则极为不同，高层住宅占据主导地位，独立和半独立住宅主要 集中于农村和城市郊区。

  （2）政策支持户用光伏自发自用。欧洲光伏发电推行净计量政策，拥有可再生能源发电设施的 消费者可以根据向电网输送的电量，从自己的电费账单中扣除一部分，只计算净消费，这一政策 大大提高了分布式光伏自发自用余电上网的经济性。各国对于分布式光伏的补贴力度较高，且银行贷款利率相对较低，光伏系统融资成本较低，补贴不存在拖欠问题，激发了安装意愿。

  当前家储的渗透率较低，有巨大的提升空间。1）美国：根据伯克利实验室的统计，目前美国市场仅 6%家庭储能与光伏配对使用，光储共建比例最高的是夏威夷州近 80%，其次是加州渗透率 8%，其他区域仅 4%左右。2）德国：根据 ISEA RWTH Aachen 的统计，截止 2021 年，德国累 计安装户用储能 43 万户，按照德国 4000 万个屋顶测算，当前储能在全部屋顶的渗透率仅 1.1%，新增装机的角度，2021 年德国新增储能家庭 14.5 万个，其中 93%为新增光伏配储能，7%为存量 光伏改造，新增光伏的家庭 21.5 万个，储能和新增光伏共建的比例达到 63%。伴随着能源安全和用电稳定性需求提高、政策补贴落地、居民用电价格提高以及储能系统成本下 降，安装储能系统的倾向会更加强烈，储能系统渗透率有大幅提升空间。

  短期：电价上涨对储能经济性提升有影响，成为市场增长的催化，但影响有限，并非决定性因素。假设家庭年用电量 4000kwh，晚间用电 60%，安装 5kw 光伏+10kwh 储能系统，光伏年发电小时数 1000 小时，光伏投资成本 1.3 欧元/w（折合人民币 9.1 元/w），储能投资成本 0.8 欧元/wh（折合人民币 5.6 元/wh），居民电价 0.3464 欧元/kw。初始投资 1.45 万欧元（折合 10.15 万元），其中光伏系统 6500 欧元（折合 4.55 万元），储能系统 8000 欧元（折合 5.6 万元）。据联邦统计局统计，德国家庭的平均年收入为 5.6 万欧元，安装光储系统的成本占家庭年收入的 25%。安装 光储相对于电网购电全寿命周期（20 年）节约成本 16601 欧元，相对于只安装光伏节约成本 9338 欧元。安装光储系统投资回报率 8.25%，投资回收期 11 年。电价上涨 50%，投资回收期缩 短至 8 年。

  中期：新能源替代是确定性趋势，大量新能源并网造成电网压力，为促进储能装机，中期政策补贴确定性和延续性越高。从电网稳定性角度，大批量新能源并网带来的电网压力是因，政府通过补贴等政策引导发电/用户配置储能是果，欧洲各国针对分布式光伏+储能的补贴，底层逻辑是通 过分布式系统降低电网配售电压力。英国 2022 年 4 月起免除户用光伏系统增值税，意大利 2020 年起家储设备税收减免提高到 110%，波兰、瑞典等国家设立预算补贴户用光储系统。

  长期：随着规模化和技术进步，系统成本降低是长期确定趋势。根据 Solar Power Europe 统计， 2015 至 2019 年期间，小型光伏系统成本下降约 18%，户用储能系统成本下降近 40%，预计到 2023 年，户用光伏系统成本会进一步下降 10%，而户用储能系统成本将会大幅下降 33%。短期 由于供需关系波动，系统成本略有波动，但长期技术降本趋势确定。2021 年，户用光储系统 LCOE为 10.1欧分/kWh，光伏系统为 14.7欧分/kWh，而同年德国家庭电价达到 31.9欧分/kWh， 光储系统度电成本约为电价的1/3，因此安装光储系统具备良好的经济性，并且随着电价的上涨和 成本的下降，未来经济性会得到进一步的提升。

  德国继续占据欧洲第一大家庭储能市场，意大利、奥地利、英国等继续迅速增加。未来几年内， 德国将继续保持欧洲家庭储能市场龙头地位。根据 EUPD 调研显示，58%的德国家庭光伏用户将 考虑在 FIT（上网电价）合同到期后，增加储能设备。意大利将紧随其后，保持第二大市场的位 置。而在政府的大力支持下，奥地利将超越英国成为第三大市场：奥地利延长了 2020-2023 年间 针对户用光伏和储能的补贴，总预算为 2400 万欧元，其中 1200 万欧元专门用于家庭储能。除此之外，瑞士、西班牙、爱尔兰、捷克、瑞典等国会在国家政策的支持下，成为欧洲新的增长点。

  电价上涨提升家用储能经济性，需求快速增长。俄乌冲突进一步加剧了商品价格的上涨，这使得占德国电力产量约 40%的燃气和燃煤发电厂的发电成本大大提高，导致批发电价上涨，近 12 个 月以来，德国居民合同电价上涨 48%。用电成本的上升将催生家庭储能需求。

  澳洲具有发展户用储能的良好土壤，未来仍有巨大的增长空间。澳大利亚地广人稀，电力主要是依靠长距离输送，因此分布式能源得到了大力的发展，微电网、储能等技术可以在提高用电可靠性的同时，减少电网的载荷波动，加快澳大利亚家庭电池系统的推广对于太阳能的持续推广和电网的脱碳越来越重要，同时也有助于提高长期的能源负担能力和可靠性。根据 BNEF 统计，2020 年 澳大利亚新增户用储能装机 48MW/134MWh。澳洲具有发展户用储能的良好条件，但目前仅占全球市场的 5%，未来有巨大的发展空间。

  3）房屋所有率和单户住宅率较高。安装户用光伏系统的前提是拥有独立的屋顶，因此集中居住的公寓一般不具备安装户用光储系统的条件。根据各地区统计机构的普查数据，欧盟/美国/日本/ 澳大利亚的住户总量中居住在独立/半独立式住宅中的比例均超过 50%，以独立住宅为主的住房结 构是这些地区户用光储系统大规模发展的前提。4）澳洲电价不断上涨。从批发电价来看，随着太阳能发电大面积进入电力市场，白天光伏发电时段电价下降，夜晚电价达到峰值，迫切需要储能的协助，实现电量移时。

  澳洲正在逐渐建立虚拟电厂机制，提升储能盈利性。2018 年南澳大利亚自由党政府拨款 1.8 亿澳元用于 40,000 个家庭安装小型电化学储能以及大型电化学储能电站，其中包括虚拟发电厂。2019 年澳大利亚可再次生产的能源署 (ARENA) 已承诺为澳大利亚能源市场运营商 (AEMO) 进行 246 万 美元的虚拟电厂 (VPP) 集成试验，旨在展示 VPP 提供能源和频率控制服务的运营能力。家庭储 能通过聚合商参与辅助服务市场，澳大利亚能源市场运营商（AEMO）发布的报告显示，用户可以通过虚拟电厂获得近 3000 澳元的收益，投资回收期约 6.8 年。

  根据家庭数量测算分布式光伏装机量，考虑家庭储能的渗透率得到安装家庭储能的数量，假设平均每户装机量可以得到全球及各市场的家庭储能装机量。我们预计，假设2025年新装光伏市场储 能渗透率 15%，存量市场储能渗透率 2%，全球家庭储能容量空间达 25.45GW/58.26GWh， 2021-2025 年装机能量复合增速 58%。

  一方面，家庭储能市场大多分布在在美国、欧洲等户用光伏普及度高、居民电费较高的国家和地区， 我国的产品要想进入相关市场，通常需要布局海外的经销渠道。另一方面，家用储能产品通常与 光伏系统配合使用，且具有一定的消费家电属性，通过合理的渠道布局可以快速触达下游客户。美国市场的渠道主要有两类：一类是通过分销渠道主打存量市场。通过分销商将产品销售给光伏 安装商，再销售给已经安装了户用光伏的家庭。另一类渠道是通过建筑商主打新增市场。建筑商 在建设新房时会统一采购产品。

  家庭储能产品类型多样，带电量范围广。根据家庭储能产品的带电量、电压等级、耦合方式等， 可以将其划分成：小型电池系统、低压模块化电池系统、高压模块化电池系统、交流耦合电池系 统、离网电池系统和多合一太阳能电池系统等几大类，产品的带电量从 5-500kwh 不等，用户能够准确的通过家庭用电需求选择合适的产品。

  研发投入和服务能力保证公司产品和品牌。储能系统的核心在于安全、长寿命、低成本。储能系统带电量越高，系统越复杂，集成难度越大。因此，需要公司具备较高的研发投入，较强的技术储备，市场中具备高效、便捷、丰富、可靠的产品交付能力的企业将更具竞争优势。此外，公司 需要为产品提供一定期限的保修，通常为 10 年，企业良好的产品质量表现、较低的返修率、较高的安全评价是影响消费者选择的主要的因素，构成行业品牌壁垒。

  大象研究院是大象投资控股集团旗下的智库机构，以“立足行业基础研究，服务全球长期资金市场”为使命，追求成为全世界顶级独立第三方研究机构。研究院对内提供基础行业研究，为集团“为中国优秀公司可以提供全球性咨询与资本服务”的愿景提供研究支持；对外提供独立的第三方研究报告和决策咨询支持。

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